构建DCS网络及其核心组件详解

在dcs通信网络上,有几种不同的连接节点,通常可以分为两大类。一类是直接通过I/O板连接到生产过程的节点,我们称之为控制器。控制器根据功能的不同可以分为数据采集控制器和回路控制器,有时会合并为一个节点。另一类节点是与人机相连的,称为人机界面。它们通过通信网络从控制器中采集数据。人机界面根据功能又可以分为操作站,这是工厂运营的主要设备,需要从控制器中读取数据,并将运营人员的意图传递给控制器,因此需要双向数据传输。人机界面的其他类型节点包括工程师工作站、历史趋势站和动态数据服务器。工程师工作站通常在系统投入运行之前,用于连接控制器中的各种算法,并填入参数后再装载给控制器,它是组态的工具,在系统投运后可脱机使用。与用算法语言编程不同,工程师工作站进行的是组态。控制器的存储器中储存有各种控制算法,例如PID、加、减、乘、除、三角函数、矩阵运算、先进算法史密斯预估器,以及BASIC和C语言接口等。如果操作站中的监控软件的作图功能无法满足要求,工程师工作站也可以作动态流程图,然后装载给操作站。为了更新DCS的控制器和操作站,使其不改变组态,可以从逆向工程师站读取控制器的组态后再装载给升级后的控制器。逆向工程师站的另一个功能是用于查找故障,读取控制器的组态供分析使用。人机界面的另一个重要节点是动态数据服务器,它是DCS和MIS系统的接口,也是DCS和Web的隔离设备。它的数据特点是只能上行,不能下行,且储存的数据量非常大。历史趋势站和动态数据服务器类似,它的功能可以合并到动态数据服务器上,也可以作为一个独立的节点存在。系统刚投入运行时,由于组态不完善,经常出现网络堵塞现象。但投运一段时间后,网络堵塞现象就很少出现。最近,由于MIS系统需要从DCS中读取实时产生数据,因此接入动态数据服务器后,网络堵塞现象变得非常频繁,并且导致各种人机界面的节点频繁死机。网络堵塞现象的严重程度与多种因素相关。当节点接入DCS的通信网络时,通常会有一个网络接口,控制器通过该接口发送数据。人机界面则通过网络接口读取数据,读取数据必须遵守网络通讯协议。网络物理结构有环形和总线两种,总线网络在逻辑上也是环形的。星形网络仅适用于小系统(100个I/O点内)。常用的通讯协议是广播式的,节点可以不断广播数据,需要数据的节点可以接收数据。另一种方式是一个节点向网络上的其他节点询问数据,如果其他节点没有这个数据,它就会反复进行询问工作,直至读取到这个数据。如果网络上根本没有这个数据,就会导致网络堵塞。操作站死机现象在不同程度上存在于各种DCS系统中。操作站的主要软件是操作系统、监控软件和控制器的驱动软件。早期的DCS系统,这三个软件可能存在不匹配的情况,在运行时可能导致死机,特别是当按下几个特殊键时更容易导致死机。另一种情况是某些DCS系统的监控软件是从其他系统移植过来的,DCS制造厂家可能只开发了一个驱动软件。在这种情况下,由于DCS销售量较小,软件之间的配合问题没有得到充分暴露,导致死机现象更为频繁。动态数据服务器并不是系统刚投入运行时就存在的,许多DCS用户是最近几年根据需要才添加的。在DCS运行时间较长的情况下,工厂维护人员不断更迭,控制器的组态也在不断变化。但有一个现象是:组态只增加不减少,而实际上有一部分组态已经没有与真正的I/O点相连。当接入动态数据服务器时,它会尝试读取DCS上所有数据点,但其中有许多无效的数据点,导致网络堵塞和人机界面的死机现象。可以使用逆向工程师站来读取控制器中的组态,与正向工程师站的内容进行比较,并删除无效点,以避免网络堵塞和死机现象。另一个需要注意的问题是在接入动态数据服务器时,必须检查所有接口软件的版本是否一致,否则会影响数据的传输。解决网络堵塞的第三种方法是扩大例外报告的区域,以减少网络通讯量。例外报告的意思是现场某一点只有在发生变化时才将数据发送到网络上,如果没有发生变化就不会传送。为了防止点已经损坏而人机界面不知道的情况,即使点没有发生变化,超过一段时间也会进行报告。扩大例外报告的两个参数也能减少数据量。最近几年推出的通用操作站,大多采用了NT操作系统,监控软件也采用了通用的软件,例如FIX、INTOUCH等。由于这些软件的销售量较大,存在的问题较少。通用操作站的开放性较好,因而死机现象会大大减少。维护成本和备件采购也不再受到DCS制造厂家的限制,这是DCS的一大进步。

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